Исследование влияния электромагнитных полей разных

АННОТАЦИЯ
Отчета за 1 этап работы
по проекту № 2.1.1.485 «Исследование влияния электромагнитных полей
разных частотных диапазонов на свойства органических наноструктур и
живых систем» аналитической ведомственной целевой программы
“Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010 годы)”
Руководитель проекта: к.б.н., с.н.с. Стефанов В. Е.
Проведено теоретическое и практическое рассмотрение различных методик и
установок, пригодных для формирования гипогеомагнитных полей. Использование
альтернативных методических подходов (экранирования и компенсации) к созданию
магнитного вакуума позволило обнаружить новый эффект аномального полярного роста у
используемых биологических моделей – микромицетов разной таксономической
принадлежности.
Проведены сравнительные эксперименты по влиянию постоянных и переменных
слабых и сверхслабых магнитных полей на рост микромицетов. Установлены новые
закономерности вариабельности морфофизиологических свойств микромицетов при
экспонировании в постоянном МП или гипогеомагнитном поле. Наиболее значимые
магнитобиологические эффекты обнаружены при экспонировании колоний в условиях
гипогеомагнитного поля (значительное временное запаздывание фазы спороношения и/или
ингибирование процессов образования спор, морфологические изменения клеток грибов),
что хорошо согласуется с гипотезой о большей эффективности биологического действия
слабых полей.
Предложены рабочие гипотезы о роли цитоскелета в механизме рассматриваемых
магнитобиологических эффектов. Анализ обнаруженных закономерностей ингибирования
роста микромицетов в гипомагнитных условиях дает основание рекомендовать магнитное
экранирование для практического применения в связи с проблемами биоповреждений и
биоустойчивости материалов.
Разработаны теоретические принципы и методология и создана экспериментальная
система (модель) для анализа адаптивного ответа низших эукариот (на примере
микроскопических грибов) на воздействие оптического излучения. Результаты
экспериментов по воздействию оптического излучения красной области спектра на
микроскопические грибы позволили отобрать для последующих исследований тест-объекты
(микромицеты из экологической группы биодеструкторов), характеризующиеся различными
типами проявления фотореакций. Показано, что чувствительность микромицетов к ОИ
может проявляться на макро- и микроморфологическом уровнях. Полученные данные могут
послужить
основой
к
разработке
эффективных
режимов
фотомодификации
микроскопических грибов с целью получения мягкого биоцидного эффекта в отношении
биодеструкторов различных материалов, а также условных патогенов человека.
Предложена модель водного кластера, позволяющее при проведении квантово-
химических расчетов более реалистично описывать влияние растворителя в процессе
диссоциации кислот по сравнению с макроскопическими подходами, основанными на
континуальных моделях. На основе разработанной модели предложен метод квантовохиимического расчета pKa кислот. Предложен научно-методический подход, согласно
которому величина коэффициента пропорциональности между теоретическими и
экспериментальными значениями pKa рассматривается как критерий правильности
применяемой модели надмолекулярных структур воды
Разработан метод корректного анализа данных кинетики ферментативных реакций с
участием нуклеотидтрифосфатов.
Проанализировано развитие реакции распада
нуклеотидтрифосфатов в соответствии с предложенным нами ранее ион-радикальным
механизмом. Показано, что оно связано с участием нуклеотидов в реакциях, обусловленных
появлением одновременно триплетных (Т) и синглетных (S) состояний: cпиновые эффекты
вызываются «каталитическим» воздействием катиона магния на нуклеотид. Магниевый
кофактор способен быстро изменять степень окисления (0  2) и таким образом определять
спиновое состояние нуклеотида. Анализ показал, как распад нуклеотидтрифосфатов по
быстрому (ион-радикальному) сценарию запускает процессы полимеризации нуклеотидов в
наносекундном интервале с практически безбарьерным добавлением каждого нуклеотида.
Определено действие гипогеомагнитного поля на живые системы. Охарактеризовано
влияние компенсированного камерой, образованной кольцами Гельмгольца, геомагнитного
поля на состояние лабораторных животных. По двум определяемым параметрам (р53 статус
клеток и состояние митохондриальной сети) обнаружен эффект гипогеомагнитного поля,
сходный с глобальным клеточным ответом на повреждение ДНК.
Проведена
подготовительная
работа
для
исследования
взаимодействия
биологической мембраны с биологически активными веществами метилзамещенными
пиразинами - перспективными лекарственными препаратами. Произведено моделирование
молекулярно-динамическим (МД) методом системы из двухкомпонентной мембраны в
водном растворе, содержащем молекулы 2,3-диметилпиразина.
Исследованы примесные поликристаллы бензойной и антраниловой кислот с бромсодержащими соединениями. В поликристаллах бромкамфоры и дибромбензола с примесью
антраниловой кислоты обнаружена сенсибилизированная матрицей люминесценция
примеси. Обнаружен триплет-триплетный перенос энергии электронного возбуждения с
матрицы бензойной кислоты на примесь бромдифенила и уменьшение эффективности
безызлучательной деградации энергии в бромированных молекулах дифенила. Присутствие
массивных атомов брома в молекулах матрицы и примеси изменяет амплитуды
молекулярных колебаний, что приводит к уменьшению константы скорости деградации
триплетного состояния.
Результатом триплет-триплетного переноса энергии является интенсивная
фосфоресценция 4-бромдифенила и 4,4'-дибромдифенила, находящихся в качестве примесей
в поликристаллах бензойной кислоты. Ловушками энергии, в которых происходит
излучение, являются молекулы примеси, находящиеся на поверхности кристаллитов
Показано, что в присутствии избытка основания энергетически выгодным является
образование симметричных комплексов, в которых одна молекула воды образует две
водородные связи с двумя молекулами гетероцикла. Анти-кооперативное взаимодействие
двух сопряженных водородных связей обуславливает их относительно большую длину ―
расстояние N…H около 2.0 Å. В присутствии избытка воды энергетически выгодными
являются структуры, в которых молекулы основания замыкают цепочки воды, связанные
водородными связями.
Показано, что понижение температуры ниже 170 К сопровождается выпадением
молекул воды из апротонного растворителя, что исключает возможность
экспериментального исследования комплексов гетероцикл - вода, содержащих более одной
молекулы воды, методами спектроскопии ЯМР. Анализ экспериментальных данных
позволил определить геометрию водородных связей в комплексе, в котором одна молекула
воды связывает две молекулы гетероцикла. Экспериментально оцененное расстояние N…H
в этих связях около 1.96 Å, что хорошо согласуется с приведенными выше теоретическими
оценками
Показано, что в случае симметричного комплекса, в котором два гетороцикла
связаны одной молекулой воды, на геометрию водородных связей оказывает влияние
наличие стерических взаимодействий между орто-заместителями гетероциклов. В случае
незамещенного пиридина расстояния N…H в таком комплексе равны 1.84 Å. Введение
метильных заместителей вызывает увеличение этого расстояния до 1.93 Å. В присутствии
избытка воды в замороженной смеси образуются комплексы гетероциклов с несколькими
молекулами воды.